Основы геологии Земли

Стратиграфическая шкала.

Стандартная шкала геологического времени (или геологическая колонка) – результат систематического изучения осадочных пород в разных районах земного шара. Поскольку большинство ранних работ проводилось в Европе, стратиграфическая последовательность отложений этого региона была принята в качестве эталона и для других районов. Однако в силу различных причин эта шкала имеет недостатки и пробелы, поэтому она постоянно уточняется. Шкала очень подробна для более молодых геологических периодов, но ее детальность существенно снижается для более древних. Это неизбежно, поскольку геологическая летопись наиболее полна для событий недавнего прошлого и становится более фрагментарной с увеличением возраста отложений. Стратиграфическая шкала основана на учете ископаемых организмов, которые служат единственным надежным критерием для межрегиональных корреляций (особенно дальних). Установлено, что некоторые ископаемые соответствуют строго определенному времени и поэтому считаются руководящими. Породы, содержащие эти руководящие формы и их комплексы, занимают строго определенное стратиграфическое положение.

Значительно труднее проводить корреляции для палеонтологически немых пород, не содержащих ископаемых организмов. Поскольку хорошо сохранившиеся раковины встречаются только начиная с кембрийского периода (примерно 570 млн. лет назад), докембрийское время, охватывающее ок. 85% геологической истории, нельзя изучить и подразделить столь же детально, как более молодые эпохи. Для межрегиональных корреляций палеонтологически немых пород используются геохимические методы датирования.

В случае необходимости в стандартную стратиграфическую шкалу вводились изменения, отражающие региональную специфику. Например, в Европе выделяется каменноугольный период, а в США ему соответствуют два – миссисипский и пенсильванский. Повсеместно возникают трудности при корреляции местных стратиграфических схем с международной геохронологической шкалой. Международная комиссия по стратиграфии помогает решать эти проблемы и устанавливает нормативы для стратиграфической номенклатуры. Она настоятельно рекомендует использовать при геологической съемке местные стратиграфические подразделения, а для сравнения сопоставлять их с международной геохронологической шкалой. Некоторые ископаемые имеют очень широкое, почти глобальное распространение, а другие – узко региональное.

Эры – самые крупные подразделения истории Земли. Каждая из них объединяет несколько периодов, характеризующихся развитием определенных классов древних организмов. Массовое вымирание различных групп организмов происходило в конце каждой эры. Например, трилобиты исчезли в конце палеозоя, а динозавры – в конце мезозоя. Причины этих катастроф еще не выяснены. Это могли быть критические стадии генетической эволюции, пики космического излучения, выбросы вулканических газов и пепла, а также очень резкие изменения климата. Имеются доводы в поддержку каждой из этих гипотез. Однако постепенное исчезновение большого числа семейств и классов животных и растений к концу каждой эры и появление новых с началом следующей эры все еще остается одной из загадок геологии. Не увенчались успехом попытки связать массовую гибель животных на завершающих этапах палеозоя и мезозоя с глобальными циклами горообразования.

Зачем строить разрез

Геологи используют этот способ для интерпретации данных по полезным ископаемым. Благодаря схеме они могут оценить предположительные размеры месторождений, рентабельность их разработки.

Подобные двухмерные макеты используются и при строительстве крупных зданий, чтобы получить разрешение от государства на проведение работ. Это делается и для оценки стойкости фундамента, наличия подземных вод, которые могут стать причиной подтопления постройки. Специалисты могут оценить движение тектонических плит, провести сейсмологический анализ местности, выбранной для строительства.

Одну из основных ролей геологический разрез играет и в истории Земли. На основании схематического изображения слоев участка земной коры, ученые могут сделать предположения о его формировании, ответить на вопросы, почему он образуется именно так. Также изучается и наплыв одного пласта на другой, строение земной коры, минеральный и химический состав пород. Обязательно нужно определить закономерности соседства полезных ископаемых и пустых пород, чтобы облегчить поиск месторождений.

По мере практического изучения местности, в срезе делаются правки, уточняются вертикальные и горизонтальные пласты породы, делаются специальные отметки. Если возникают вопросы, бурятся дополнительные скважины, чтобы информация была более правильной.

По каким данным строится геологический разрез

Для оценки местности, выбранной для изучения строения, бурится скважина, которая и станет основой для выполнения схематического геологического разреза. Также необходима геологическая  карта, чтобы на основании ее данных делать необходимые заметки. Карта строится во время геологической разведки, где в масштабе наносятся места выхода пластов породы на поверхность, разломы, возвышения, низменности.

Для общей характеристики геологи используют журнал буровых скважин, который состоит из таких данных:

1. Отметка границ и мощности слоев;

2. Нумерация проб образцов грунта и пород;

3. Глубина залегания;

4. Литологическое описание пластов:

• номер;
• цвет;
• включения;
• структура.

5. Подземные воды:

• уровень;
• прогноз его изменения;
• интенсивность потока;
• направление движения воды.

Для нанесения информации в графическом виде, используются условные обозначения – точечные, линейные, геометрические. Пользуясь геологической картой по заданному вертикальному срезу (линии местности), отчету в журнале документации бурения скважин, и будет строиться разрез горных пород. Данные наносятся на масштабную бумагу, чтобы исключить погрешности до минимума.

Современная наука

Сейчас историческая геология включает два направления:

• Исследование геологической истории в контексте тектоники, палеогеографии, стратиграфии 
• Создание общей историко-геологической картины с установлением закономерностей и их взаимосвязей.

Таким образом, данная наука включает геохронологию, палеотектонику, палеогеографию, стратиграфию.В настоящее время сфера исследования исторической геологии включает несколько предметов. К ним относится возраст пород (хронологическая последовательность их формирования и положение в разрезе, а также органические остатки, история развития организмов), физико-географические условия (положение суши и океана, климат, рельеф в различные периоды геологической истории), тектоническая обстановка и магматизм (развитие земной коры, формирование и развитие дислокаций: поднятий, складок, прогибов, разрывных нарушений и др.), взаимосвязь геологических процессов, закономерная приуроченность месторождений к магматическим телам, геологическим комплексам и структурам.Таким образом, основная цель исторической геологии состоит в воссоздании последовательности геологических процессов в недрах и на поверхности планеты.Совместно с прочими геологическими дисциплинами историческая геология составляет основу общей геологии, изучая законы развития Земли. К тому же данная наука имеет прикладное значение, которое состоит в применении ее данных для создания научных основ поисков и разведки полезных ископаемых путем выяснения условий их генезиса и законов расположения месторождений.Данная дисциплина связана со всеми геологическими науками, так как рассмотрение предметов изучения в этой сфере происходит в историческом контексте. К тому же историческая геология использует данные, выводы и методы многих из них: стратиграфии, литологии, палеонтологии, петрологии, тектоники, геохимии, региональной геологии, палеогеографии, геофизики. Наиболее близка историческая геология к прочим историко-геологическим дисциплинам, таким как стратиграфия и палеонтология. Более того, первую из них иногда считают разделом исторической геологии. Стратиграфия, в том числе биостратиграфия, составляет основу рассматриваемой науки, устанавливая последовательность формирования пород, и разрабатывая геохронологическую систему, что обеспечивает взаимодействие с геохронологией. Посредством биостратиграфии образуется связь исторической геологии с палеонтологией. Воссоздание физико-географических условий на основе полученных данных относится к палеогеографии. Изучение развития земной коры и последовательности происходящих в ней процессов входит в сферу тектоники. Исследование истории процессов магматизма, метаморфизма, вулканизма связывает историческую геологию с петрографией.

Как создаются формы Земли

Формы на поверхности нашей планеты образованы породами и минералами. Существует три основных типа рельефа, и они также определяются тем, как были сформированы.

Некоторые виды рельефа, такие как большинство гор, были созданы движениями в земной коре. Они называются тектоническими формами рельефа. Другие формы образовываются осадками, оставленными реками в течение длительного времени. Наиболее распространенными являются эрозионные формы рельефа. Западная часть Соединенных Штатов заполнена примерами, включающими арки, бесплодные земли и каньоны, которые усеивают пейзаж. Больше>>>

Образование геосинклиналей.

Предполагают, что горообразование начинается с накопления мощных осадочных толщ в геосинклиналях – крупных вытянутых впадинах земной коры. Большинство из них испытывало медленное длительное погружение (в течение 50–100 млн. лет) и заполнение осадками мощностью иногда до 9 км. Установлено, что масштабы и темпы этих процессов сильно различались в пределах одной впадины и даже имели разную направленность: в то время как одна ее часть активно погружалась, другая находилась в относительно стабильных условиях и там не накапливались осадки. В образовании геосинклиналей и осадконакоплении прослеживается определенная цикличность: трансгрессии морей регулярно чередовались с регрессиями.

Некоторые горные страны состоят из внутренних хребтов, сложенных складчатыми осадочными толщами, и параллельных им внешних хребтов, сложенных преимущественно вулканическими породами. Не исключено, что эти хребты формировались в разных геосинклинальных впадинах, но были взаимосвязаны. Впадины с осадочными породами называют миогеосинклиналями, а с вулканическими – эвгеосинклиналями. Взаимное положение этих двух типов было постоянным: эвгеосинклинали были обращены к морю, а миогеосинклинали располагались между эвгеосинклиналями и сушей. Обычно процессы горообразования сначала охватывали эвгеосинклинали, а затем – миогеосинклинали. Береговые хребты Вашингтона и Орегона и горы Сьерра-Невада в Калифорнии соответствовали эвгеосинклинальной зоне. Такой же генезис имеют Аппалачи, горы Новой Англии (в т.ч. Уайт-Маунтинс) и Пидмонт. Напротив, с миогеосиклиналями были связаны Скалистые горы в пределах Монтаны, Вайоминга и Колорадо, а также зона Долин и Хребтов в Пенсильвании и Теннеси.

Изостазия.

Всякий раз, когда на земную поверхность поступает дополнительная нагрузка (например, в результате осадконакопления, вулканизма или оледенения), земная кора прогибается и проседает, а когда эта нагрузка снимается (в результате денудации, таяния ледниковых покровов и пр.), земная кора поднимается. Этот компенсационный процесс, известный как изостазия, вероятно, реализуется посредством горизонтального переноса масс в пределах мантии, где может происходить периодическое расплавление материала. Установлено, что некоторые участки побережья Швеции и Финляндии за последние 9000 лет поднялись более чем на 240 м, главным образом вследствие таяния ледникового покрова. Поднятые побережья Великих озер в Северной Америке сформировались также в результате изостазии. Несмотря на действие таких компенсационных механизмов, крупные океанические впадины и некоторые дельты обнаруживают значительный дефицит массы, в то время как некоторые районы Индии и Кипр – существенный ее избыток.

Денудация.

Действие водотоков, ветра, ледников, морских волн, морозного выветривания и химического растворения приводят к разрушению и снижению поверхности материков (рис. 2). Продукты разрушения под действием гравитационных сил сносятся в океанические впадины, где происходит их накопление. Таким образом происходит усреднение состава и плотности пород, слагающих материки и котловины океанов, и уменьшение амплитуды рельефа Земли.

Ежегодно 32,5 млрд. т обломочного материала и 4,85 млрд. т растворенных солей выносится с материков и отлагается в морях и океанах, в результате чего вытесняется примерно 13,5 км3 морской воды. Если бы такие темпы денудации сохранились и в будущем, материки (объем надводной части которых 126,6 млн. км3) через 9 млн. лет превратились бы в почти плоские равнины – пенеплены. Такая пенепленизация (выравнивание) рельефа возможна лишь теоретически. В действительности изостазические поднятия компенсируют потери за счет денудации, а некоторые породы настолько прочны, что практически не поддаются разрушению.

Континентальные отложения перераспределяются в результате совместного действия выветривания (разрушения пород), денудации (механического сноса пород под воздействием текучих вод, ледников, ветра и волновых процессов) и аккумуляции (отложения рыхлого материала и образования новых пород). Все эти процессы действуют лишь до определенного уровня (обычно уровня моря), который рассматривается как базис эрозии.

При транспортировке рыхлые осадки сортируются по размеру, форме и плотности. В результате кварц, содержание которого в исходной породе может составлять всего несколько процентов, образует однородную толщу кварцевых песков. Аналогичным образом частицы золота и некоторых других тяжелых минералов, содержащих, например, олово и титан, концентрируются в руслах водотоков или на отмелях и образуют россыпные месторождения, а тонкозернистый материал отлагается в виде илов и затем превращается в глинистые сланцы. Такие компоненты, как, например, магний, натрий, кальций и калий, растворяются и выносятся поверхностными и грунтовыми водами, а затем осаждаются в пещерах и других полостях или поступают в морские воды.

Понимание геологических процессов

Геология — это не только камни и минералы. Наука также включает в себя то, что происходит с ними в планетарном цикле Земли.

Земля находится в состоянии постоянных изменений, как в большом, так и в малом масштабе. Например, выветривание может быть физическим и изменять формы камней любого размера с помощью воды, ветра и колебаний температур. Химические вещества также воздействуют на породы или минералы, придавая им новую текстуру и структуру. Подобным же образом растения могут вызывать органическое выветривание камней, с которыми они соприкасаются.

В более широком масштабе у нас есть процессы, такие как эрозия, постоянно изменяющие форму Земли. Породы могут перемещаться во время оползней, из-за движения в линиях разломов.

Происхождение лавы.

В некоторых районах земного шара магма во время вулканических извержений изливается на земную поверхность в виде лавы. Многие вулканические островные дуги, по-видимому, связаны с системой глубинных разломов. Центры землетрясений располагаются примерно на глубине до 700 км от уровня земной поверхности, т.е. вулканический материал поступает из верхней мантии. На островных дугах он часто имеет андезитовый состав, а поскольку андезиты по своему составу сходны с континентальной земной корой, многие геологи считают, что континентальная кора в этих районах наращивается за счет поступления мантийного вещества.

Вулканы, действующие вдоль океанических хребтов (например, Гавайского), извергают материал преимущественно базальтового состава. Эти вулканы, вероятно, сопряжены с мелкофокусными землетрясениями, глубина которых не превышает 70 км. Поскольку базальтовые лавы встречаются как на материках, так и вдоль океанических хребтов, некоторые геологи предполагают, что непосредственно под земной корой существует слой, из которого поступают базальтовые лавы. См. также ВУЛКАНЫ.

Однако неясно, почему в одних районах из мантийного вещества образуются и андезиты, и базальты, а в других – только базальты. Если, как теперь полагают, мантия действительно является ультраосновной породой (т.е. обогащена железом и магнием), то лавы, произошедшие из мантии, должны иметь базальтовый, а не андезитовый состав, поскольку минералы андезитов отсутствуют в ультраосновных породах. Это противоречие разрешает теория тектоники плит, согласно которой океаническая кора поддвигается под островные дуги и на определенной глубине плавится. Эти расплавленные породы и изливаются в виде андезитовых лав.

2006 год

• Геодезические инструменты, Кошкина Л.Б., 2006
• Геологическая история и палеонтология венда, Титоренко Т.Н., Корольков А.Т., 2006
• Геохимия осадочного процесса, Холодов В.Н., 2006
• Золоторудные провинции мира, Константинов М.М., 2006
• Механика грунтов, Зерцалов М.Г., 2006
• Общая геоморфология, Учебник, Рычагов Г.И., 2006
• Основы обогащения полезных ископаемых, Обогатительные процессы, Том 1, Авдохин В.М., 2006
• Палеоихнология, введение в изучение ископаемых следов жизнедеятельности, Микулаш Р., Дронов А., 2006
• Применение математических методов при анализе геологической информации (с использованием компьютерных технологий), Часть 3, Михалевич И.М., Примина С.П., 2006

Организации

В 1936 году академик А. Е. Ферсман писал:

Съезды геологов

• с 1878 — Международный геологический конгресс (МКГ). Прошло 35 сессий.
• c 1922 — Генеральные ассамблеи Международного геодезического и геофизического союза. Прошло 25 ассамблей.

России:

• 1867—1916 Съезды русских естествоиспытателей и врачей
• с 1922 — Всероссийский съезд геологов (перерыв с 1928 по 2000 год). Прошло 8 съездов.

Первые научные общества

Для развития геологии и её истории очень важна деятельность научных обществ и организаций. Старейшие из них (по дате основания):

• 1660 — Лондонское королевское общество по развитию знаний о природе

• 1737 — Эдинбургское общество по развитию искусств и наук и особенно знаний о природе

• 1765 — Императорское Вольное экономическое общество к поощрению в России земледелия и домостроительства

• 1792 — Минералогическое общество Йены

• 1796 — Общество Аскеза (Askesian Society)

• 1801 — Вольное общество любителей словесности, наук и художеств
• 1805 — Императорское московское общество испытателей природы (МОИП)

• 1807 — Геологическое общество Лондона

• 1808 — Эдинбургское вернеровское общество (Wernerian Natural History Society)

• 1816 — Минералогическое общество Дрездена (Дрезденское вернеровское общество)
• 1817 — Санкт-Петербургское минералогическое общество
• 1817 — Фармацевтическое общество Санкт-Петербурга
• 1825 — Учёный комитет корпуса горных инженеров

• 1830 — Геологическое общество Франции

• 1831 — Британская научная ассоциация (British Association for the Advancement of Science)

• 1845 — Русское географическое общество
• 1863 — Императорское общество любителей естествознания, антропологии и этнографии
• 1868 — Императорское Санкт-Петербургское общество естествоиспытателей и врачей
• 1882 — Геологический комитет (Геолком)

• 1888 — Геологическое общество Америки.

Международные организации по истории геологии

• Международная комиссия по истории геологических наук (INHIGEO), входит в Международный союз геологических наук (IUGS)
• Международный союз истории и философии науки (IUHPS)

Научные учреждения по истории геологии в России:

• 1921—1930 — Комиссия по изучению истории науки, философии и техники, переименованная в Комиссия по истории знаний Российской академии наук. Председатель В. И. Вернадский.
• 1930—1932 — Институт истории наук и техники АН СССР Председатель Н. И. Бухарин.
• 1932—1944 — Комиссии по истории отдельных наук в различных отделениях АН СССР.
• 1953—1991 — Комиссия по геологической изученности СССР, публиковала Геологическая изученность СССР.
• c 1951 года — Отдел истории геологии в ИГН / ГИН АН СССР. Основана В. В. Тихомировым. Первая организация создавшая специальную группу и научную тему для разработки проблем истории геологии (научная тема: «История идей и методов в геологии»).

Стадии развития эрозионного рельефа.

Рельеф служит показателем стадии выравнивания (или пенепленизации) материков. В горах и районах, испытавших интенсивное поднятие, эрозионные процессы протекают наиболее активно. Такие районы характеризуются быстрым врезанием речных долин и увеличением их длины в верхнем течении, а ландшафт соответствует молодой, или юной, стадии эрозии. В других районах, где амплитуда высот невелика и в основном прекратилась эрозия, крупные реки преимущественно переносят влекомые и взвешенные наносы. Такой рельеф присущ зрелой стадии эрозии. На участках с незначительными амплитудами высот, где поверхность суши ненамного превышает уровень моря, преобладают аккумулятивные процессы. Там река обычно течет несколько выше общего уровня низкой равнины в естественном возвышении, сложенном осадочным материалом, и образует в приустьевой зоне дельту. Это самый древний эрозионный рельеф. Однако не все районы находятся на одной и той же стадии развития эрозии и имеют одинаковый облик. Формы рельефа весьма различаются в зависимости от климатических и погодных условий, состава и строения местных пород и характера эрозионного процесса (рис. 3, 4).

Перерывы эрозионных циклов.

Отмеченная последовательность эрозионных процессов справедлива в отношении материков и океанических бассейнов, находящихся в статических условиях, однако на самом деле они подвержены многим динамическим процессам. Эрозионный цикл может быть прерван под влиянием изменений уровня моря (например, в связи с таянием ледниковых покровов) и высоты материков (например, в результате горообразования, разломной тектоники и вулканической деятельности). В Иллинойсе (США) морены перекрыли зрелый доледниковый рельеф, придав ему типичный молодой облик. В Большом каньоне Колорадо перерыв эрозионного цикла был обусловлен поднятием суши до отметки 2400 м. По мере поднятия территории р.Колорадо постепенно врезалась в свою пойму и оказалась ограниченной бортами долины. В результате этого перерыва образовались наложенные меандры, свойственные древним долинам рек, существующих в условиях молодого рельефа (рис. 5). В пределах плато Колорадо меандры врезаны на глубину 1200 м. Глубокие меандры р.Саскуэханна, которые прорезают горы Аппалачи, также свидетельствуют о том, что этот район некогда представлял собой низменность, которую пересекала «дряхлая» река.

2014 год

• Геоморфология-основные понятия и процессы, Чеха В.П., Ананьева Т.А., Ананьев С.А., 2014
• Государственная геологическая карта Российской Федерации, Булдыгеров В.В., 2014
• Государственная геологическая карта Российской Федерации, Булдыгеров В.В., 2014
• Государственный доклад о состоянии и использовании минерально-сырьевых ресурсов Российской Федерации в 2010 году, 2014
• Справочник геотехника, Основания, фундаменты и подземные сооружения, Ильичев В.А., Мангушев Р.А., 2014
• Теоретические и технологические основы применения горизонтальных скважин для освоения газовых и газоконденсатных месторождений, Алиев З.С., Мараков Д.А., Котлярова Е.М., Самуйлова Л.В., Бондаренко В.В., Исмагилов Р.Н., 2014

2012 год

• Геодезия, учебное пособие, Нестеренок М.С. 2012
• Геология, поиски и разведка нефти и газа, Мстиславская Л.П., Филиппов В.П., 2012
• Инженерная геотектоника, Несмеянов С.А., 2012
• Механика подземных сооружений и конструкции крепей, Баклашов И.В., Картозия Б.А., 2012
• Минералы, Сокровища Земли, 2012
• Основы кадастра, Территориальные информационные системы, Золотова Е.В., 2012
• Спутниковый мониторинг Земли, Радиолокационное зондирование поверхности, Захаров А.И., Яковлев О.И., Смирнов В.М., 2012
• Физика почв, Лекционный курс, Часть 1, Козлова А.А., 2012
• Физика почв, Практический курс, Часть 2, Козлова А.А., 2012